浸潤(rùn)性是固體表面一個(gè)特有的重要性質(zhì),受荷葉出淤泥而不染現(xiàn)象的啟發(fā),人們逐漸將研究視線延伸到浸潤(rùn)性領(lǐng)域,而獨(dú)特的梯度浸潤(rùn)性作為浸潤(rùn)性領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要分支,在構(gòu)建可控浸潤(rùn)性表面方面具有重大意義。浸潤(rùn)性梯度表面是指在沿著平行于固體表面方向上,一種或幾種表面性質(zhì)（表面結(jié)構(gòu)形貌、厚度和表面化學(xué)組成等）隨位置的變化具有連續(xù)變化從而引起表面浸潤(rùn)性連續(xù)變化的特殊梯度表面。浸潤(rùn)性梯度表面由于其特殊的浸潤(rùn)性梯度變化,在實(shí)現(xiàn)液滴的自運(yùn)輸、研究細(xì)胞吸附動(dòng)力學(xué)和提高熱交換效率等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本課題主要采用簡(jiǎn)單實(shí)用的氨堿氧化法,以銅網(wǎng)為實(shí)驗(yàn)材料,通過利用分液漏斗緩慢滴加氨堿混合溶液的方式來實(shí)現(xiàn)銅網(wǎng)表面結(jié)構(gòu)形貌的連續(xù)性變化,得到從超親水到疏水的連續(xù)浸潤(rùn)性梯度銅網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)原理是當(dāng)銅網(wǎng)與氨堿混合溶液接觸發(fā)生反應(yīng)時(shí),會(huì)在銅網(wǎng)表面生長(zhǎng)出一種氫氧化銅納米線,納米線的生長(zhǎng)增大了表面粗糙度,同時(shí)由于納米線上親水基團(tuán)羥基的存在,使得銅網(wǎng)表面呈現(xiàn)出親水性或超親水性。隨后對(duì)該浸潤(rùn)性梯度銅網(wǎng)進(jìn)行一系列的表征與分析,詳細(xì)探討了浸潤(rùn)性梯度形成的原因、影響因素以及潛在的應(yīng)用價(jià)值。通過掃描電子顯微鏡觀察銅網(wǎng)表面微觀結(jié)構(gòu),分析納米線的生長(zhǎng)狀... 

【文章來源】：山東理工大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

接觸角的定義Fig.1.1DefinitionofcontactAngle

面在經(jīng)過表面粗糙化后會(huì)更加親液，本身疏液的固體表面在經(jīng)過表面粗糙化后會(huì)更加疏液。值得注意的是，Wenzel 模型的成立需要以熱力學(xué)平衡狀態(tài)為前提，但是在很多實(shí)際情況下，由于材料表面組成的非均一性等因素，某些情況下液滴難以在固體表面達(dá)到Wenzel 方程所要的平衡狀態(tài)時(shí)，此方程無法適用。Cassie 和 Baxter 通過進(jìn)一步研究，提出了可以將不均勻的粗糙固體表面設(shè)想為一個(gè)復(fù)合表面，由此得出了 Cassie 方程[17]：1122cos fcos fcos r （1.3）在該方程中，假設(shè)固體表面由兩種不同物質(zhì) 1 和物質(zhì) 2 組成。上式中，f1和 f2分別為兩種組分的表面組成占比（f1+f2=1），θ1和θ2分別表示液體在兩種物質(zhì)組分表面的本征接觸角。Cassie 和 Baxter 認(rèn)為，當(dāng)固體表面呈現(xiàn)較強(qiáng)的疏水性時(shí)，液滴無法完全填滿粗糙表面上的凹槽，部分空氣會(huì)被截留在液體與固體之間。上述兩個(gè)方程都是對(duì) Young’s 方程的進(jìn)一步補(bǔ)充，在實(shí)際情況下，考慮到可能存在的外力作用，固液接觸狀態(tài)會(huì)在 Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，同時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)由于固體表面微觀結(jié)構(gòu)的不均一，Wenzel 和 Cassie 狀態(tài)也可以同時(shí)存在，如圖1.2 所示。

滾動(dòng)各向異性的植物葉表面；具有高粘附性、自清潔性和超疏水性的壁虎腳底；具有水下超疏油、流體減阻能力的魚鱗結(jié)構(gòu)；具有快速集水和變色功能的沙漠甲蟲背部結(jié)構(gòu)等，為人們對(duì)特殊表面材料的研究提供了高價(jià)值的參考。以荷葉為典型代表的植物葉表面自清潔性質(zhì)引起了科學(xué)家的重點(diǎn)關(guān)注，人們發(fā)現(xiàn)，水滴不會(huì)粘附在荷葉表面上，而是可以自由滾動(dòng)并隨著滾動(dòng)帶走表面附著的灰塵等污垢。通過對(duì)荷葉表面的研究，德國(guó)生物學(xué)家 Barthlott 和 Neihuis 認(rèn)為荷葉表面存在一層低表面能蠟狀物質(zhì)使得荷葉表面呈現(xiàn)出良好的疏水性，同時(shí)荷葉表面上微米級(jí)的乳突結(jié)構(gòu)大大增加了表面的粗糙度，使得荷葉表面的疏水性進(jìn)一步加強(qiáng)，通過二者的協(xié)同作用，水滴在荷葉表面的接觸角大于 150 °，總是能保持趨近完美的球形狀態(tài)，輕微的震動(dòng)便可使水滴自由滾動(dòng)[18,19]。通過對(duì)荷葉表面的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，荷葉下表面具有與上表面完全相反的超親水（圖 1.3），這是因?yàn)楹扇~下表面并不具有如上表面一樣的低表面能蠟狀物質(zhì)，而是存在具有親水性的類水凝膠化合物[20]。上下表面相反的浸潤(rùn)性充分印證了先前所提到的影響固體表面浸潤(rùn)性的兩大因素：固體表面化學(xué)組成和固體表面微觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]浸潤(rùn)性梯度表面研究與應(yīng)用[J]. 張繼琳,韓艷春.  高分子學(xué)報(bào). 2012(10)



本文編號(hào)：3362607